Bab 3 PLC s Hardware Sasaran Mahasiswa mampu : o Memahami definisi PLC o Menyebutkan jenis jenis PLC o Menyebutkan bagian bagian hardware PLC o Menjelaskan prinsip kerja bagian bagian hardware PLC 3.1 Definisi dan jenis jenis PLC Pada bagian ini akan dijelaskan tentang definisi PLC. Menurut NEMA (National Electrical Manufacturers Association - USA), definisi PLC ialah : Alat elektronika digital yang menggunakan programmable memory untuk menyimpan instruksi dan untuk menjalankan fungsi fungsi khusus seperti : logika, sequence (urutan), timing (pewaktuan), penghitungan dan operasi aritmetika untuk mengendalikan mesin dan proses. Definisi lain menyebutkan bahwa PLC ialah : Komputer industri khusus untuk mengawasi dan mengendalikan proses industri menggunakan bahasa pemrograman khusus untuk kontrol industri (ladder diagram), didesain untuk tahan terhadap lingkungan industri yang banyak gangguan (noise, vibration, shock, temperature, humidity) Dari ukuran dan kemampuannya, PLC dapat dibagi menjadi jenis - jenis berikut : 1. Tipe compact. Ciri ciri PLC jenis ini ialah : Seluruh komponen (power supply, CPU, modul input output, modul komunikasi) menjadi satu Umumnya berukuran kecil (compact) Mempunyai jumlah input/output relatif sedikit dan tidak dapat diexpand Tidak dapat ditambah modul modul khusus Berikut ini contoh PLC compact dari Allen Bradley. Gambar 3.1 PLC compact Micro Logix dari Allen Bradley Sumber : Allen Braley, PLC MicroLogix Catalogue 2. Tipe modular Ciri ciri PLC jenis ini ialah : Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra 1
Komponen komponennya terpisah ke dalam modul modul Berukuran besar Memungkinkan untuk ekspansi jumlah input /output (sehingga jumlah lebih banyak) Memungkinkan penambahan modul modul khusus Berikut ini contoh PLC modular dari Omron. Gambar 3.2 PLC modular dari Omron 3.2 Komponen komponen PLC PLC terbagi dalam beberapa komponen utama. Untuk memahaminya, perhatikan gambar yang menampilkan hubungan PLC dengan peralatan lain berikut. Gambar 3.3 Hubungan PLC dengan peralatan lain Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996) Dari gambar nampak bahwa PLC memiliki komponen yang terhubung dengan input device dan output device. PLC juga terhubung dengan PC untuk kebutuhan pemrograman (umumnya menggunakan RS 232 serial port). Secara umum PLC terbagi dalam beberapa komponen berikut : 1. Power Supply 2. Processor 3. Memory 2 Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra
4. Input and Output Module 5. Programming Device 1. Power Supply Power supply merupakan penyedia daya bagi PLC. Range tegangan yang dimilikinya bisa berupa tegangan AC (misal : 120/240 Vac) maupun tegangan DC (misal : 24 V DC). PLC juga memiliki power supply (24V DC) internal yang bisa digunakan untuk menyediakan daya bagi input/output devices PLC. Berikut ini contoh modul power supply dari Omron. Gambar 3.4 Modul power supply dari Omron Sumber : OMRON, PLC Omron C200 HS 2. Processor (Central Processing Unit) Processor ialah bagian PLC yang bertugas membaca dan mengeksekusi instruksi program. Processor mempunyai elemen kontrol yang disebut Arithmetic and Logic Unit (ALU), sehingga mampu mengerjakan operasi logika dan aritmetika. Berikut ini contoh modul processor dari Omron. Gambar 3.5 Modul processor dari Omron Sumber : OMRON, PLC Omron C200 HS Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra 3
Tabel 3.1 Spesifikasi processor dari Omron Sumber : OMRON, PLC Omron C200 HS 3. Memory Memory ialah tempat penyimpanan data dalam PLC. Memori ini umumnya menjadi satu modul dengan processor/cpu. Jika berbentuk memori eksternal maka itu merupakan memori tambahan. Berikut ini contoh modul memori eksternal dari Omron. Gambar 3.6 Modul memori eksternal dari Omron Sumber : OMRON, PLC Omron C200 HS Berikut ini data yang tersimpan di memori : Operating System PLC Status input output, data memory Program yang dibuat pengguna Perhatikan peta memori PLC berikut untuk lebih memahami penjelasan di atas. 4 Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra
Operating System Memory Data Memory Program Memory Gambar 3.7 Peta memori PLC Sumber : Crispin, Allan J, Programmable Logic Controller and Their Engineering Applications, (McGraw Hill : 1990) Dari gambar di atas, masing masing bagian dapat dijelaskan sebagai berikut Operating System Memory Berfungsi untuk menyimpan operating system PLC. Memori ini berupa ROM (Read Only Memory) sehingga tidak dapat dirubah oleh user. Data (Status) Memory Berfungsi untuk menyimpan status input-output tiap saat. Memori ini berupa RAM (Random Access Memory) sehingga dapat berubah sesuai kondisi input/output. Status akan kembali ke kondisi awal jika PLC mati. Program Memory Berfungsi untuk menyimpan program pengguna. Jenis memori ini berupa RAM. RAM dapat menggunakan battery backup untuk menyimpan program selama jangka waktu tertentu. Selain itu memori dapat berupa EEPROM (Electrically Erasable Programmble Read Only Memory), yaitu jenis ROM yang dapat diprogram dan dihapus oleh user. Sedangkan untuk kebutuhan pemrograman oleh pengguna, area memori PLC dapat digambarkan dalam bagan berikut. Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra 5
Register Flag Register Timer Auxilliary Relay Counter Gambar 3.8 Bagan area memori PLC Berikut ini penjelasan masing masing bagian tersebut. Register Register berfungsi untuk menyimpan sekumpulan bit data, baik berupa : nibble (4 bit), byte (8 bit), maupun word (16 bit). Flag register Flag register berfungsi untuk mengindikasikan perubahan kondisi (state) input/output fisik. Flag register berupa satu bit data. CPU umumnya mempunyai internal flag untuk berbagai keperluan internal PLC. Auxiliary relays Auxiliary relays ialah elemen memori 1 bit dalam RAM yang digunakan untuk manipulasi data dalam program. Auxiliary relays disebut juga relay yang imajiner, karena dapat menggantikan fungsi relay namun berbentuk program. Timer Timer adalah pemberi penundaan waktu dalam suatu proses. Timer berasal dari built in clock oscillator dalam CPU. Timer umumnya memiliki alamat khusus. Counter Counter adalah komponen penghitung input pulsa yang diberikan input device. CPU memiliki counter internal. Counter ini umumnya memiliki alamat khusus. 4. Input - Output Module Input - output module ialah perantara dari PLC ke peralatan di dunia nyata. Gambar berikut menunjukkan posisi keduanya. Gambar 3.9 Hubungan input - output module dengan peralatan Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996) I/O module pada PLC compact umumnya sudah built-in di PLC. Sedang untuk PLC modular berupa modul I/O tersendiri yang terpisah dari CPU. Secara umum terbagi menjadi : 6 Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra
Digital Input / Output Module Analog Input / Output Module Berikut ini penjelasan masing masing. Digital Input Module Digital Input Module berfungsi untuk menghubungkan input diskrit fisik (switch, sensor) dengan PLC. Modul ini tersedia dalam tegangan DC dan AC (umumnya : 240 Vac, 120 Vac, 24 Vdc, dan 5 Vdc). Di dalamnya terdapat optoisolator untuk mencegah lonjakan tegangan tinggi masuk PLC (sebagai pengaman). Berikut ini skema di dalam digital input module untuk tegangan DC dan AC. Sebagai catatan, modul input yang dapat menerima tegangan AC memiliki rangkaian penyearah di dalamnya. Gambar 3.10 Modul output digital untuk tegangan DC Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996) Gambar 3.11 Modul output digital untuk tegangan AC Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996) Berikut ini contoh spesifikasi DC input module dari Omron. Di situ terdapat informasi tentang jumlah input dalam modul tersebut, arus dan tegangan input yang untuk memberikan logika 1, dan lain lain. Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra 7
Tabel 3.2 Spesifikasi DC input module dari Omron Sumber : OMRON, PLC Omron C200 HS Suatu vendor PLC umumnya juga memberi pilihan bermacam - macam digital input module. Berikut ini daftar input modules dari Omron. Input modules dibedakan berdasar jumlah input, jenis tegangan (AC/DC), dan besaran tegangan yang dapat diterima PLC. Tabel 3.3 Macam macam modul input dari PLC Omron C200H Sumber : OMRON, PLC Omron C200H Digital Output Module Digital Output Module menghubungkan output diskrit fisik (lampu, relay, solenoid, motor) dengan PLC. Jenis jenis Digital Output Module ialah : Triac output (output tegangan AC) Transistor output (output tegangan DC) Relay output (output tegangan AC/DC) Gambar di bawah menunjukkan konfigurasi masing masing jenis Digital Output Module di atas. 8 Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra
Triac output Transistor output Relay output Gambar 3.12 Macam macam modul output diskrit Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996) Berikut ini contoh spesifikasi transistor output module dari Omron. Di situ terdapat informasi tentang jumlah output dalam modul tersebut, arus dan tegangan output untuk mendapatkan logika 1, dan lain lain. Tabel 3.4 Spesifikasi transistor output module dari Omron Sumber : OMRON, PLC Omron C200HS Suatu vendor PLC umumnya juga memberi pilihan bermacam - macam digital output module. Berikut ini daftar output modules dari Omron. Output modules dibedakan berdasar jumlah input, jenis tegangan (AC/DC), dan besaran tegangan yang dapat diterima PLC. Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra 9
Tabel 3.5 Macam macam modul output dari PLC Omron C200H Sumber : OMRON, PLC Omron C200H Analog input/output module Selain modul input/output diskrit, terdapat juga modul input/output analog. Modul input analog dapat menerima tegangan dan arus dengan level tertentu (misal 0 10 V, 4 20 ma) dari input device analog (misal : sensor analog, potensiometer). Sedang modul output analog dapat memberikan tegangn dan arus dengan level tertentu (misal 0 10 V, 4 20 ma) pada outpu device analog (misal : motor DC, motor AC, control valve). Gambar 3.13 Modul input/output analog Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996) 5. Programming Device Programming Device ialah alat untuk membuat atau mengedit program PLC. Pada mulanya berupa hand held programmer seperti gambar 3.14 di bawah. Keuntungannya ialah 10 Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra
dapat dibawa ke mana saja karena bentuknya kecil, namun alat ini sulit untuk melihat program secara keseluruhan karena yang ditampilkan ialah program per baris saja. Gambar 3.14 Hand held programmer dari PLC Allen Bradley Sumber : Allen Bradley, PLC MicroLogix Catalogue Dengan perkembangan komputer yang cepat, dan disertai ukurannya yang semakin mengecil, maka PC atau laptop jauh lebih sering digunakan sekarang ini. PC terhubung dengan PLC melalui programming port (umumnya RS 232). 3.3 Pemilihan PLC PLC mana yang paling tepat digunakan? Jawabannya ialah tergantung kebutuhan dari sistem yang ada. Harus dipahami apakah sistem hanya perlu jumlah input/output sedikt? Apakah pemrograman yang dilakukan cukup kompleks? Apakah ada input/output device khusus yang terkoneksi ke PLC? Setelah memahami kebutuhan sistem, barulah dapat ditentukan tipe PLC seperti apa yang tepat. Secara umum prinsip pemilihan PLC ialah : 1. Jumlah dan karakteristik input - output 2. Fitur hardware PLC Power supply, modul input/output, kemampuan untuk diekspansi dengan modul modul lain, port komunikasi, dan lain lain. 3. Fitur software PLC Kapasitas memori, kecepatan pemrosesan data, jumlah instruksi yang dapat digunakan, dan lain lain. Berikut ini studi kasus dari pemilihan PLC Omron. PLC Omron memiliki jenis PLC yang sangat bervariasi dari sisi fungsionalitas dan kemampuannya. Gambar 3.15 menunjukkan tipe tipe PLC dari pertimbangan kedua hal tersebut. PLC Omron terbagi menjadi 3 kelompok : Micro, CJ1, dan CS1. Ketiganya tampak pada gambar 3.16. Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra 11
Gambar 3.15 Tipe tipe PLC Omron dalam grafik Gambar 3.16 Tipe tipe PLC Omron dalam gambar Misalkan sistem kita cukup kecil dan hanya membutuhkan micro PLC dari Omron maka berikut ini hal hal yang harus kita pertimbangkan. 12 Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra
1. Jumlah base I/O (belum diekspansi) yang dimiliki PLC Gambar 3.17 Micro PLC berdasar jumlah base I/O 2. Bentuk PLC : brick (compact), modular, board. Bentuk ini juga memberi pengaruh pada fitur fitur hardware dan software dari PLC tersebut. Untuk lebih jelasnya perhatikan katalog dengan baik. Gambar 3.18 Macam macam bentuk micro PLC Omron 3. Kelengkapan (fitur fitur) sistem Berikut ini contoh pemilihan PLC dari fitur fitur sistem yang dimiliki. Pada gambar 3.20 ditampilkan penggambaran yang lebih jelas lagi dari katalog PLC Omron. Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra 13
Gambar 3.19 Overview fitur fitur micro PLC Gambar 3. 20 Fitur fitur micro PLC detail 14 Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra
Gambar 3. 20 Fitur fitur micro PLC detail (lanjutan) Review Questions Sebutkan komponen komponen utama PLC! Jelaskan memory map dan memory area PLC! Jelaskan macam macam input/output module PLC! Jelaskan dasar dasar pemilihan PLC! Teknik Elektro - Universitas Kristen Petra 15